電源設計提示與技巧

大多數電子工程師是可以根據主要原則而進行AC/DC電源設計的，但只有通過對設計的仔細的優化，才可以取得真正的可靠性和效率的改進。這里，XP Power把它在30至450W電源產品中開發與使用的一些優化技術拿來與大家共享，而開發這些30至450W電源產品是為了滿足業界內以最小的結構因子來實現的某些最嚴格的要求。

基本的機械考慮：瞄準業界標準的機械外形就可以使您的電源使用于范圍廣泛的各種應用。使接線端子和熔絲方便操作，也將提升它的吸引力，而在濾波器網絡中使用疊放的電感和電容，是一種使有效空間最大化的好方法，同時也優化了電磁兼容性(EMC)的能力。而且，這個使用于低壓電路布圖的同樣方法是應該被擴展到電源方面的；設法保證元件的布局遵循一種“左進-右出”的流程，使電源的生產與測試比較容易。
 
圖1  疊于電容頂部的電感使有效空間最大化
 
圖2  受到電擊穿的電解質正被推向兩側，展示了“自修復”的能力(“X”表示當電弧爆發外沖時使金屬箔移除的那個區域)

輸入端的無源元件：輸入級中的濾波器和電容是必不可少的，這些元件在總體可靠性方面也起到了關鍵性的作用。但切不可遐想而使用最小型的元件，因為我們已經知道陶瓷電容對輸入尖峰電壓是極其無能的。另一方面，金屬化聚丙烯電容不僅可以承受尖峰電壓，而且表現出了“自修復”的特性，意思是，電源保持照常工作，這就彌補了相對于陶瓷電容的任何尺寸方面的代價。

足夠大的鋁電解電容將保證在輸入端的短時間電壓突變不會導致輸出電壓的跌落。通過選用其額定值大約為最大額定電壓120%的電容，就可以經受較長的工作期限。而且，我們也使用其規范比必需的溫度額定值更高的器件，這也將延長工作壽命。電解電容有20ms數量級的保持(hold-up)時間，這應該是算很大的，而且有相應大的等效串聯電阻。在較高頻率上，這可以引起性能的損失，所以應該使用較小的并聯電容作為補償之用，例如0.22μF的塑料薄膜電容。
 
圖3  使用七個元件的緩沖網絡實例(其中包括3個二極管、兩個電容一個電阻和一個電感。這些是用來耗散由不希望的反向電流所產生的功率。單獨的一個SiC二極管會是比較便宜)

輸入端的有源元件：被用作開關而跨接在變壓器初級繞組兩端的晶體管的額定值，需要選擇得能承受可能產生的很大的反電勢。例如，在265V AC設計中，MOS場效應管將需要有1000V的額定值，因此就很貴。另外的做法是，考慮使用兩個500V的MOS管，分別接在變壓器初級繞組的兩側，成本的下降應該遠遠超過增加的元件數。而且，需要一個單獨開關的、很大的和很貴的緩沖網絡，可以用較小的和較便宜的鉗位二極管來代替。

變換級的有源元件：功率因素校準的升壓設計現正朝著炭化硅整流器(SIC)的方向發展。雖然這會增加成本，但使用SIC的費用應該能被制造、電路板面積和元件數的優點所抵消，因為這可以代替若干個分離元件，包括緩沖網絡，而同時又可以凈增加效率。

控制電路：利用雙面和表面貼裝的制造技術現在也可以用于電源。電路板的背面為控制功能提供了一個理想的容納空間，雖然仍然需要一些工作量。

保持冷卻：功率半導體的壽命是與它們的溫度密切相關的。使用導熱但電絕緣的壓焊點允許直接與散熱器或其他襯底相連。通過對元件采用焊接的方法，而不是使用熱膠連接，可以使熱鍵合牢固得很多。在強迫風冷設計中使用的風扇可以通過一種簡單的控制電路而得以改善，這個電路可以根據溫度來調節風扇的工作。這可以降低由風扇引起的噪聲以及風扇所消耗的電力。順便說一下，使風扇護罩稍微向后離開一些風扇，可以大大降低可聞噪聲，可以對護罩的類型以及護罩與風扇之間的距離進行試驗來取得最佳效果。
 
圖4  護罩已經被稍微推向外側以降低噪聲

通過結合使用這些以及其他許多技術，XP Power不斷地向競爭的市場提供領先的產品。隨著工業界對現有的元件的不斷改進，XP Power的客戶也將從使用這些元件的經驗中得到受益。